Што е диода ПН јункција?

Што е диод со PN јункција?

PN Junction Diode

Диодот со PN јункција е основен компонент во електрониката. Во овој тип диод, едната страна на полупроводникот е допирана со акцепторски импрегности (P-тип) и другата страна со донацијски импрегности (N-тип). Овој диод може да се класифицира како 'step graded' или 'linearly graded' јункција.

Во диодот со step graded PN јункција, концентрацијата на допанти е униформна на двете страни до јункцијата. Во линеарно градуираната јункција, концентрацијата на допанти се менува скоро линеарно со растојанието од јункцијата. Без применето на напон, слободните електрони се движеат кон P-страницата, а холите кон N-страницата, каде што се комбинираат.

Акцепторските атоми близу јункцијата на P-страницата стануваат негативни иони, а донацијските атоми близу јункцијата на N-страницата стануваат позитивни иони. Ова создава електрично поле што се противставува на подалешната дифузия на електрони и холи. Оваа област со непокривени иони се нарекува регион на исцедување.

Ако, примениме форвард пристрасен напон на диодот со p-n јункција. Тоа значи дека ако позитивната страна на батеријата е поврзана со P-страницата, тогаш широчината на регионот на исцедување се намалува и носачите на напон (холи и слободни електрони) се движеат преку јункцијата. Ако примениме обратен пристрасен напон на диода, широчината на регионот на исцедување се зголемува и нема напон кој може да протече преку јункцијата.

Характеристики на диодот со P-N јункција

Нека разгледаме pn јункција со концентрација на донацијски атоми ND и концентрација на акцепторски атоми NA. Нека исто така претпоставиме дека сите донацијски атоми им донирале слободни електрони и станале позитивни донацијски иони, а сите акцепторски атоми прифатиле електрони и создадоа соодветни холи и станале негативни акцепторски иони. Значи, можеме да кажеме дека концентрацијата на слободни електрони (n) и донацијски иони ND се исти, и аналогно, концентрацијата на холи (p) и акцепторски иони (NA) се исти. Тука, игнориравме холите и слободните електрони создадени во полупроводниците поради непредвидени импрегности и дефекти.

Преку pn јункцијата, слободните електрони донирани од донацијските атоми на n-страната се дифундираат кон p-страната и се рекомбинираат со холи. Аналогно, холите создадени од акцепторските атоми на p-страната се дифундираат кон n-страната и се рекомбинираат со слободните електрони. По овој процес на рекомбинирање, постои недостаток или исцедување на носачите на напон (слободни електрони и холи) преку јункцијата. Областта преку јункцијата каде што се исцедуваат слободните носачи на напон се нарекува регион на исцедување.

Збогот на отсутството на слободни носачи на напон (слободни електрони и холи), донацијските иони на n-страната и акцепторските иони на p-страната преку јункцијата стануваат непокривени. Овие позитивни непокривени донацијски иони кон n-страната соседна на јункцијата и негативни непокривени акцепторски иони кон p-страната соседна на јункцијата причинуваат просторска напона преку pn јункцијата. Напонот развиен преку јункцијата поради оваа просторска напона се нарекува дифузион напон. Дифузиониот напон преку диодот со pn јункција може да се изрази како Дифузиониот потенцијал создава потенцијална пречка за подалешма миграција на слободни електрони од n-страната кон p-страната и холи од p-страната кон n-страната. Тоа значи дека дифузиониот потенцијал пречи на носачите на напон да прекршат јункцијата.

 Оваа област е високо резистивна поради исцедувањето на слободни носачи на напон во оваа област. Широчината на регионот на исцедување зависи од применетиот предрагнат напон. Односот помеѓу широчината на регионот на исцедување и предрагнат напон може да се претстави со едначина наречена Пуасонова едначина. Тука, ε е пермитивноста на полупроводникот, а V е предрагнат напон. Значи, на применето на форвард предрагнат напон, широчината на регионот на исцедување, т.е. барьерот на pn јункцијата, се намалува и на крај изчезнува.

Значи, во отсутството на потенцијална пречка преку јункцијата во услови на форвард предрагнат напон, слободните електрони влегуваат во p-региона, а холите влегуваат во n-региона, каде што се рекомбинираат и испуштаат фотон на секоја рекомбинација. Како резултат, ќе има форвард напон кој текови низ диодот. Напонот преку PN јункцијата се изразува како Тука, напонот V е применет преку pn јункцијата, а тоталниот напон I, текови преку pn јункцијата.

I s е обратен сатурацион напон, e = напон на електрон, k е Болцманова константа, а T е температура во Келвин скала.

Графиконот подолу покажува карактеристика на напон-напон на диодот со PN јункција.Кога, V е позитивен, јункцијата е форвард предрагната, а кога V е негативен, јункцијата е обратно предрагната. Кога V е негативен и помал од VTH, напонот е минимален. Но кога V надминува VTH, напонот се зголемува ненадейно. Напонот VTH е познат како прагов или "cut in" напон. За диодот со Силициум VTH = 0.6 V. На обратен напон соодветен на точката P, има ненадейно зголемување на обратниот напон. Оваа дел од карактеристиката е позната како области на колапс.

Step Graded Junction

Во step graded junction, концентрацијата на допанти е униформна до јункцијата на двете страни.

Регион на исцедување

Регионот на исцедување се формира на јункцијата каде што слободните електрони и холи се рекомбинираат, создавајќи област без слободни носачи на напон.

Форвард предрагнат напон

Примената на форвард предрагнат напон намалува широчината на регионот на исцедување, дозволувајќи текот на напон.

Обратен предрагнат напон

Примената на обратен предрагнат напон зголемува широчината на регионот на исцедување, блокирајќи текот на напон сè додека не се достигне напонот на колапс.